A partir dels rendiments d'equips de generació de vapor
s'estima que es poden estalviar globalment a Catalunya uns 2.000 milions de pessetes. S'indiquen dues àrees d'investigació aplicada que reben poca atenció, però són de gran interès econòmic i on s'hi podrien esmerçar part d'aquells diners

Roqué i Margenat, Josep M.

Revistes Catalanes amb Accés Obert

ECONOMIA INDUSTRIAL I
INVESTIGACIO QUIMICA
per
J. M. ROQUE I MARGENET
De la Seccio de Quimica de la SCCFQM i de
la Comissio d'Energia del Collegi Oficial de Quimics
RESUM: A partir dels rendiments d'equips de generacio de vapor
s'estima que es poden estalviar globalment a Catalunya uns 2.000 mi-
lions de pessetes. S'indiquen dues arees d'investigacio aplicada que
reben poca atencio, pero son de gran interes economic i on s'hi po-
drien esmercar part d'aquells diners.
1. ESTALVI ENERGETIC A LES SALES DE CALDERES
En el curs d'aquest any (1983) hem visitat 67 industries i, mitjan-
cant llur control energetic `, s'ha comprovat que el promig del rendi-
ment dels equips generadors de vapor es del 72 %, oscillant des d'un
valor minim del 59 % en un equip amb caldera vertical, fins a un
maxim observat del 79 %. Els installadors i fabricants de calderes de
vapor garanteixen el 85 % de rendiment; nosaltres hem comprovat
que aquest valor es perfectament assolible i en algunes ocasions s'ul-
trapassa. Per tant un 85 % de rendiment es una quota a la qual
poden aspirar la major part de generadors de vapor. Pero siguem ridi-
culament conservadors i rebaixem la quota ideal a un valor nomes
lleugerament superior al maxim observat, per exemple un 80 %; en
resulta que, en promig, es pot assolir un estalvi del 8 % (80 - 72).
I El qual s'ha dut a terme coerces a Tecnoquimia Analitica, Gran Via de
les Corts Catalanes 628, Barcelona-7.
[271]
110 J. M. ROQUE I MARGENET
D'altra banda el promig de consum de fuel-oil pesant num. 1, cor-
responent a dites 67 empreses, es de 1.420 tones l'any, segons dades
subministrades per elles mateixes, oscillant des d'un valor minim de 54
tones a l'any fins a un maxim de 2.600 tones/any. Per tant, la quanti-
tat de combustible promig per empresa que poden estalviar equival a
113,6 tones I'any per empresa, es a dir, 7.611 tones/any en total.
Aquesta quantitat de combustible representa, al preu actual del fuel-
oil pesant num. 1 de 27 ptes. per quilo (sense ports i altres despeses),
mes de 205 milions de pessetes l'any.
A la taula I es poden observar quines son les activitats de les in-
dustries assistides.
Si considerem el consum de combustibles liquids a Catalunya du-
rant I'any 1980 2 en les industries d'alimentacio, textil i curtits, pape-
reres i carto i quimiques obtenim el valor de 1.254.100 TEP, el qual
pot servir-nos per a fer una estimacio del consum de F.O. 1 per pro-
duccio de vapor a 1983. Considerem el valor conservador d'un milio
de tones 1'any. Un estalvi d'un 8 % sobre aquest valor dona 80.000
tones/any amb un valor de 2.160 milions de pessetes.
Papereres i cartro 16
Textils i curtits 14
Sintesi quimica 11
Metallurgiques 9
Petroli i olis industrials 7
Alimentacio 5
Asfalt i formigo 4
Tintes 1
Total: 67
Taula I. Tipus d'activitat en les industries controlades
2. COM ACONSEGUIR L'ESTALVI
Per tal d'aconseguir aquest estalvi es suficient dur un control de
la combustio i de la produccio de vapor i rectificar les condicions de
treball dels equips, d'acord amb les dades obtingudes.
2 GENERALITAT DE CATALUNYA, El Ilibre Blanc de l'Energia a Catalunya,
Vol. 1, pag. 168.
[272]
ECONOMIA INDUSTRIAL 111
Pel control cal considerar una serie de parametres, com son basi-
cament la temperatura del combustible a 1'entrada del cremador, la
quantitat d'aire, el tiratge, 1'estat del refractari, l'analisi dels gasos de
combustio especialment temperatura, exces d'oxigen, incremats (hidro-
carburs, sutge), oxids de carboni.
El seguiment d'aquestes variables i les accions empreses per a acos-
tar-les als valors optims son suficients per a obtenir aquells estalvis i
estan a l'abast dels mitjans de la propia empresa amb unes despeses
generalment minimes.
Malgrat la facilitat del procediment la direccio de les empreses esta
pendent de produir mes que de racionalitzar el consum energetic i difi-
cilment baixara a la sala de calderes per assabentar-se de la situacio
real.
Una manera de fer memoria a la Direccio d'algunes industries seria
gravar les que tinguin generadors de vapor treballant a rendiments
inferiors al, per exemple, 75 %. Nomes amb aquesta mesura el Depar-
tament d'Indlistria podria recaptar una xifra no inferior als mil mi-
lions de pessetes anualment, que no crec que li vinguessin malament.
Em pregunto si no estarien disposades aquestes empreses a pagar
un petit tant per cent de 1'estalvi que aconseguissin en el consum de
combustible, per exemple un 10 %, per deslliurar-se d'aquell grava-
men i a fi de financar una investigacio aplicada del seu interes.
3. EN QUE EMPRAR ELS DINERS ESTALVIATS
El millor fora que els diners estalviats, ara tan generosament llen-
cats, es destinessin a investigacio, en benefici de les propies empreses.
Investigacio a qualsevol nivell, pero segons plans concrets.
Si calgues arribar a gravar les empreses, corn he apuntat mes
amunt, podrien dedicar-se a financar: 1) algun aspecte de les arees
prioritaries d'investigacio ja acceptades com a tals, o be 2) sense voler
indicar cap escala de valors, es podrien dedicar a millorar aspectes rela-
cionats amb el propi proces de combustio.
En el primer cas podria set una parcel-la especialment estimada per
a mi com es un capitol de quimica biomedica que resumire a conti-
nuacio, en el segon cas serien investigacions sobre els equips i els pro-
[273]
112 J. M. ROQUE I MARGENET
cessos d'energia primaria, de manera semblant, o parallela, al que s'esta
fent en alguns centres estrangers.
3.1. Medis de reaccio aquosos a escala industrial
Les consequencies de la crisi energetica que s'inicia als anys 70 son
multiples. Per una banda ha dut a l'optimitzacio dels processos de
combustio industrial classics per a la produccio de vapor (vegeu mes
endavant), per tal d'arribar a 1'estalvi d'energia mes elevat possible;
d'altra banda, ha renovat l'interes per 1'aplicaci6, amb noves tecniques,
de combustibles tan classics corn el carbo, aparentment desnonat, in-
clus el de baix poder calorific. Finalment, motiva l'inici de 1'estudi de
la possible substituci6 dels dissolvents organics corn a medic de reaccio
a escala industrial per sistemes acuosos, en consequencia horn va inte-
ressar-se per 1'estructura i dinamica de sisternes colloIdals aquosos i no
aquosos.
Seguint aquesta linia d'innovacio s'ha arribat a 1'aplicaci6 de sis-
temes micellars o d'altres sistemes relacionats. El resultat ha estat la
descoberta d'una nova manera de controlar els productes de la reaccio
i tambe noves aplicacions sintetiques.
Recordern que la micella es un agregat de molecules o ions de ten-
sio-actius que es formen quan sobrepassa una concentracio critica de-
terminada que depen de 1'especie quimica, en la dissolucio aquosa.
Els principals sistemes relacionats amb les micelles per la naturalesa
quimica dels seus components son les microemulsions, les monocapes,
les bicapes (o membranes de lipid negres), i corn a cas particular les
vesicules (bicapes closes) i els liposomes (vesicules de fosfolipids).
Totes aquestes estructures es poden considerar corn sistemes mimetics
de membranes','.
La disposicio geometrica del reactiu dins la micella o membrana
mimetica i els diferents microambients en que es troba, obren possibi-
litats de controlar la formacio de productes i tambe els mecanismes
de reaccio. Els sisternes mes emprats amb aquest objectiu son les mi-
celles aquoses i les ciclodextrines. Corn a exemple prenem la descom-
3 F. VOCTLE, ed., Host Guest Complex Chemistry, Springer, 1982.
4 K. MITTAL, Micellization, Solubilization and Microemulsions, 2 vol., Ple-
num, 1977; W. P. WEBER et al., Phase Transfer Catalysis in Organic Synthesis,
Springer, 1977.
[274]
ECONOMIA INDUSTRIAL 113
posicio de 1'i6 3-bromo-3-fenil propionat ( taula II , exemple 6 ); el pas
determinant de la reaccifi en soluci6 aquosa es la formacio del car-
banio hfbrid . Aquest iO es descarboxila rapidament amb eliminacio
donant estire corn a producte principal i una lactona, com a produc-
te secundari . En presencia de bromur de 1-hidroxietil -2-dimetilalquila-
moni la reaccio SNl es substituida per un mecanisme Ez i el producte
principal es l'i6 trans -cinamat. Altres exemples representatius es tro-
ben en la taula H.
Una altra questio relacionada es que les reaccions entre substrats
insolubles en aigua i reactius solubles es un problema sintetic real no
sempre resolt satisfactoriament . Els dissolvents aprotics dipolars son
medis de reaccio adients en aquests casos pert cars . La reaccio duta a
terme en sistemes dissolvents aqu6s/apolar amb agitacio mecanica i en
presencia d'agents de transferencia de fase ofereixen moltes avantat-
ges; s'elimina la necessitat d'emprar dissolvents organics cars i a mes
es possible usar nucleofils menys cars , temperatures mes baixes i temps
de reaccio mes curts.
El mecanisme de la catalisi micellar es conegut pero existeixen en-
cara poques aplicacions de les micelles en qufmica preparativa. L'avan-
tatge dels grans augments en les proporcions de certs productes es
compensat a vegades per la solubilitzacio limitada del substrat , l'inter-
val estret de temperatura de treball i la dificultat de separar els pro-
ductes resultants dels tensioactius.
Per evitar aquesta darrera dificultat s'ha recorregut a la immobilit-
zaciO dels tensioactius i dels agents de transferencia de face obtenint-se
uns catalitzadors molt versatils i eficients . Els principis d'aquesta cata-
lisi de tres fases s'illustren amb la reaccio de cianur amb 1-haloocta en
benze/ aigua, com a sistema dissolvent en dues fases , emprant resina de
poliestire tramat que conte grups d'amoni quaternari com a catalitza-
dor. En absencia del catalitzador polimeric no hi ha reaccifi . Les avan-
tatges del metode son les grans superffcies catalftiques , la possibilitat
d'operar contfnuament i la recuperacio del catalitzador.
La selecci6 de material i reaccions concretes a estudiar de forma
immediata es de moment questio reservada 5.
5 Aixo no obstant, l'autor pot subministrar a qui ho solliciti un recull molt
complet de bibliografia.
[2751
114
Sistema
1. Aquos micellar de
Brij-35
2. Aquos miscellar
d'una sal d'amoni
quaternari
3. Aquos micellar de
dodecil sulfat sodic
4. a-ciclodextrina
J. M. ROQUE I MARGENET
Reaccio
hidrogenaci6 de diens
1Br
PhCH\ - Ph
_i , OH
\, Ph
monohalogenacio de
n-pcntil-fenil cter
OHC 1
PhOR o- i p-
Ph(OHC,)C1
0
5. Aquos micellar de
dodecanoat potassic
0
----l
0
1-11-1
+ (HT)
Bu Bu Bu
(HH)
Resultats
distrib. de productes
alterada per les micel-
les
distrib. de productes
alterada
relaci6 p/o alterada
p o
ciclodextrina 21.6 1
aquos 1.48 1
HH HT
micella 98 2
benze 9 91
6. Aquos micellar de PhCHBrCH_CO_-->PhCHCH:COa la micclla substitueix
sal d'amoni quater- I el proc6s SN1 total-
nari PhCH=CHCO2 ment per una Ea
7. Ciclodextrina
PhCH2S(CH,)CH2Ph
StevensI "'i^
-i Me
PhCH-SCH, C^CHSCH,
I I
CH.Ph Ph
Stev. Son:.
ciclodextrina 0.66 1
aquos 0.38 1
CHCI3 p °
8. (3-ciclodextrina PhOH - o- i p- ciclodextrina 19 1
Ph(OH)CHCI: aquos 0.95 1
Taula II. Alguns exemples de reactions en presencia de tensioactius.
[276]
ECONOMIA INDUSTRIAL 115
Es interessant fer esment, en relacio amb aquest tema, que encara
resta un terreny verge, sense explorar, l'aplicacio de monocapes, bica-
pes i vesicules, corn a sistemes alternatius a les micelles, per a l'estudi
de les modificacions dels curs de les reaccions classiques d'interes in-
dustrial.
3.2. Investigacions sobre els equips i els processos
d'energia primaria
Hi ha un gran nombre d'aspectes desconeguts o mal estudiats, des
del disseny de calderes i cremadors fins a la utilitzacio de models teo-
rics passant per 1'estudi quimic dels processos de la Hama mitjancant
tecniques espectroscopiques i cromatografiques. Veiem algunes possi-
bilitats 6:
a) en algunes ocasions les calderes emprades no son adients per
aconseguir un bon rendiment en vapor, cal un disseny adequat i subs-
tituir definitivament les calderes verticals;
b) les caracteristiques dels cremadors no solen ser les mes ade-
quades als combustibles de que disposem al nostre pals; cal una pul-
veritzacio, una pressio del combustible, una entrada d'aire i una conse-
giient correcta formacio de la flama, coses que s'aconsegueixen nomes
atenent a les caracteristiques del combustible que es crema;
c) actualment les investigacions de la quimica de la flama s'estan
fent a nivell de substancies pures (benze, tolue, meta, etc.); cal passar
a combustibles reals. A mes la tendencia es cremar combustibles mes
pesants i de menor poder calorific, els quals tindran mes facilitat a
formar hidrocarburs i sutge;
d) el mecanisme de formacio de particules de carbo durant la
combustio es lluny de ser totalment compres;
e) actualment son objecte d'investigacio els mecanismes i la velo-
citat de formacio d'hidrocarburs d'alt pes molecular durant la com-
bustio;
f) esta per fer un estudi complet per a la reduccio de contami-
nants ja que inclus en la combustio mes perfecta en resulten minimes
quantitate de monoxid de carboni, oxids de nitrogen i hidrocarburs;
6 D. G. SIEGLA i G. W SMITCH, Particulate Carbon, Plenum, 1981.
[277]
116 J. M. ROQUE I MARGENET
g) el mecanisme de conversi6 del nitrogen organic durant la com-
busti6 en cianur d'hidrogen es desconegut;
h) la reacci6 dels hidrurs de nitrogen amb NO per donar nitro-
gen molecular no es clara;
i) mitjancant models teorics amb 1'ajut de computadores es cal-
culen els perfils de concentraci6 de diverses especies en la flama, la
velocitat de la flama i la concentracio de NO (que depen de la tempe-
ratura maxima).
Les tecniques emprades per a dur a terme aquestes investigacions
han estat fins ara les segiients:
a) la cromatografia de gasos i espectrometria de masses i tambe
la cromatografia liquida, principalment per a 1'analisi de gasos;
b) espectroscopia de fluorescencia i de hum ultraviolada pels pro-
ductes de la pirolisi en equips model;
c) diverses tecniques emprant raigs laser per a mesures de tempe-
ratura, concentracio de radicals lliures i determinaci6 de les caracteris-
tiques del sutge; tambe per a 1'estudi de l'estructura de la flama.
4. AGRAIMENTS
Desitjo agrair a la Comissi6 Organitzadora de la II Trobada sobre
Recerca Experimental en Fisica i Quimica, Prada de Conflent, agost
1983, la possibilitat d'exposar la part mes essencial de la comunicaci6
precedent. Lamento aixi mateix que no hagi estat possible, a causa de
problemes tecnics, reflectir en aquesta publicaci6 el suc6s dialeg esta-
blert amb nombrosos assistents interessats en el tema.
[278]


Economia industrial i investigació química

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert